Полевые исследования грунтов среза (крыльчаткой)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ПРИДНЕПРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

КАФЕДРА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

ПРАЕТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ПОЛЕВЫЕ ИСЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ СРЕЗА (КРЫЛЬЧАТКОЙ)

Одним из видов работ при проведении инженерно-геотехнических изысканий являются полевые испытания грунтов с определением их стандартных прочностных и деформационных характеристик (штамповые, сдвиговые, прессиометрические, срезные).

К стандартным прочностным характеристикам относятся угол внутреннего трения , силы удельного сцепления и недренированная прочность , а к деформационным модуль деформации и упругий модуль деформации . Кроме того, одним из видов работ по инженерным изысканиям является обследование состояния грунтов оснований зданий и сооружений, которые выполняются при реконструкции зданий или усилении фундаментов.

В последнем случае также необходимо определить прочностные и деформационные характеристики грунтов, залегающие на глубине заложения фундаментов.

Общие требования к полевым испытаниям грунтов приведены в ГОСТ 30672. В табл. 1 приведена часть этих требований, касающаяся методов определения прочностных и деформационных свойств немерзлых, непросадочных грунтов.

Таблица 1 Методы определения прочностных и деформационных характеристик

Общие положения

Испытания грунта на срез в скважинах и массиве следует производить для определения прочностных характеристик, показателя структурной прочности грунта при срезе П_стр и характера пространственной изменчивости сопротивления грунта срезу. грунт сдвигомер крыльчатка

Выбор методов полевых испытаний на срез в скважинах и массиве следует производить в соответствии с табл. 1.

Схемы испытания грунта на срез в скважинах и массиве приведены в ниже.

1 - устройства для создания и измерения:

a и ' a - крутящего момента( M ),

б - нормального давления( p ) и крутящего момента( M ) с приборами для измерения деформации сжатия и среза грунта,

в - нормального давления( p ) и максимального сопротивления грунта вертикальному срезу( Q ) с приборами для измерения деформаций сжатия и среза грунта;

2 - штанги;

3 - рабочие наконечники:

a и ' a - крыльчатка;

б - распорный штамп с продольными лопастями;

в - распорный штамп с поперечными лопастями.

На отметке испытания грунта на срез в скважинах должны быть отобраны образцы и в лабораторных условиях определены состав и физические характеристики: гранулометрический(зерновой) состав- по ГОСТ12536-79, влажность- по ГОСТ5180-75, плотность минеральной асти грунта(удельный вес) - по ГОСТ5181-78, объемная масса (объемный вес) - по ГОСТ5182-78, влажность на границах раскатывания и текучести- по ГОСТ5183-77, а также вычислены объемная масса(объемный вес) скелета грунта, коэффициент пористости, степень влажности, исло пластичности и показатель консистенции.

Испытания проводятся путем среза грунта крыльчаткой

На практике очень сложно и трудоемко, причем не во всех грунтах, удается подготовить в шурфе «целик» в виде цилиндра или призмы. Поэтому метод испытания «целика» грунта нагружения нормальной и сдвигающей нагрузками редко применяется в полевых условиях. Метод испытаний лопастного среза значительно проще, но позволяет определить только характеристику недренированной прочности в слабых, водонасыщенных глинистых грунтах, характеристики в виде угла внутреннего трения и силы удельного сцепления при этом не определяется.

В большинстве практических случаев использование стандартного комплекса оборудования и методик инженерно-геологических изысканий (бурение инженерно-геологических скважин с использованием стандартной буровой техники, стандартное статическое зондирование и т.д.) либо затруднено, либо невозможно в связи со стесненностью условий (ограниченный доступ к основанию фундаментов, подвальные помещения и т.д.). На практике, при обследовании фундаментов, отрываются шурфы и из них отбираются монолиты для последующих лабораторных испытаний. Как правило, это занимает много времени как на отбор качественных монолитов, так и на лабораторные испытания.

Сдвигомер - крыльчатка (далее крыльчатка) предназначен для испытаний слабых грунтов методом вращательного среза по ГОСТ 20276-2012 («Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости»). Сдвигомер-крыльчатка позволяет определить сопротивление грунта срезу t max, МПа.

Испытание вращательным срезом проводят в условиях практического отсутствия дренирования путём приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой вращением крыльчатки.

Условия применения метода вращательного среза приведены в ГОСТ 20276-2012, где предусмотрено два способа проведения испытаний: при вдавливании сдвигомера с забоя буровой скважины и при вдавливании сдвигомера в массив грунта с поверхности.

Крыльчатка представляет собой две одинаковые прямоугольные взаимно перпендикулярные, расположенные в вертикальной плоскости пластинки, насаженные на вертикальную ось(см. рис.). К этой оси прикладывается крутящий момент М и измеряется его предельная величина. По крутящему моменту вычисляется сопротивление сдвигу глинистого грунта фs, имея в виду, что фs определяется сцеплением грунта (трение не учитывается, поэтому результаты более надежны для грунтов с относительно малым углом внутреннего трения и при малых глубинах испытаний, где давление от собственного веса грунта невелико).

При расчетах принимают обычно, что получаемое по лопастным испытаниям сопротивление сдвигу фs приближенно равно общему сцеплению грунта, т.е. фs? с.

Технические характеристики

Основные параметры сдвигомера-крыльчатки регламентируются ГОСТ 20276-2012, приложение М.

Тип I

Тип II

Состав комплекта

Испытание 4-лопастным прибором (крыльчатка)

Такие испытания обычно проводятся с мобильных установок, позволяя заглублять штангу с лопастной крыльчаткой на заданную глубину. Испытания могут проводиться и из скважин, что позволяет существенно снизить сопротивление штанги вдавливанию и таким образом достичь необходимой заданной глубины.Подобных испытаний можно сделать достаточно много на пятне застройки сооружения (что является их основным достоинством), однако они могут быть применены лишь только для слабых оснований.

Четырёх лопастной прибор "крыльчатка", предназначенный для испытания слабых грунтов в скважинах.

Четырёхлопастной прибор "крыльчатка", предназначенный для испытания слабых грунтов в скважинах.

Полевые методы наиболее полно учитывают структурно-текстурные особенности грунта. Они незаменимы при исследовании торфов (крыльчатка), глинисто-щебеночных или песчано-гравелистых отложений (испытания в шурфе), взятие образцов ненарушенной структуры которых невозможно.

Основные достоинства и недостатки

Достоинства:

Получение характеристик грунтов непосредственно на месте строительства объекта.

Недостатки:

Дороговизна.

Большая трудоёмкость.

Получение ограниченного числа характеристик.

В зависимости от вида и состояния грунта необходимо использовать следующие типы крыльчаток:

малую- при испытаниях глинистых грунтов тугопластичной и мягкопластичной консистенции, в том исле с примесью растительных остатков, заторфованных, с крупнообломочными включениями размерами2-10 мм в количестве(по массе) менее15%;

среднюю- при испытаниях глинистых грунтов мягко- и текуче-пластичной консистенции, в том исле с примесью растительных остатков, заторфованных, уплотненных торфов, с крупнообломочными включениями размерами2-10 мм в количестве(по массе) менее15%;

большую- при испытаниях глинистых грунтов текучей и текучепластичной консистенции, в том исле заторфованных, торфов и илов(без крупнообломочных включений).

Подготовка к испытанию

Грунты следует испытывать срезными установками, имеющими паспорта и заводские тарировочные таблицы измерительных устройств.

Поверки срезных установок надлежит выполнять согласно паспортам и инструкциям по их эксплуатации, периодически проверяя данные тарирования измерительных устройств.

Поверки срезной установки необходимо выполнять при получении ее с завода и перед выездом на полевые работы, но не реже одного раза в3 мес, а также после выявления и устранения неисправностей измерительного устройства или замены его деталей.

Результаты поверок следует оформлять актами.

При подготовке к испытанию и в период проведения полевых работ периодически, ерез15 точек испытаний грунтов, необходимо проверять прямолинейность штанг путем их сборки в звенья длиной 3м на ровной поверхности. Отклонение звена штанг от прямой линии не должно превышать5 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого звена. Аналогично надлежит проверять сопряжения звеньев штанг между собой.

Перед проведением испытаний следует тарировать устройство для измерения крутящего момента. По результатам тарировки составляют график(таблицу) зависимости крутящего момента M в кН· см(кгс· см) от показаний измерительного устройства N в см и вычисляют постоянную характеристику измерительного устройства n в кН(кгс) по формуле

В интервале от1,0 м выше отметки испытания грунтов методом вращательного среза до забоя опытные скважины надлежит проходить: вдавливающим или ударно-канатным(забивным) способом кольцевым забоем с помощью тонкостенного бурового цилиндрического наконечника, нижний режущий край которого имеет внутренний угол заострения10-15°; внутренний диаметр башмака этого наконечника должен быть на1-2 мм меньше внутреннего диаметра корпуса, а наружный диаметр башмака на2-3 мм больше наружного диаметра корпуса наконечника; вращательным способом с помощью колонковой трубы, скорость вращения которой не должна превышать60 об/мин, осевая нагрузка- не более1000 Н(100 кгс).

При испытании грунтов в массиве крыльчатку и колонну штанг следует погружать вдавливающим способом.

Забой опытной скважины должен быть расположен на0,4-0,5 м выше отметки испытания грунта методом вращательного среза.

Опытные скважины и точки испытаний грунтов на срез необходимо выносить в натуру геодезическими методами и закреплять на местности временными знаками. Контроль точности планово-высотной привязки скважин и точек должен быть выполнен дважды- до начала и после проведения испытаний.

Площадка для размещения срезной установки должна быть горизонтальной. Размеры площадки необходимо определять с учетом габаритов установки и монтажа аппаратуры, но не менее0,5х0,5 м.

Вертикальность срезной установки следует проверять по отвесу в процессе подготовки к испытанию.

Грунт в месте испытания на срез в скважине должен быть защищен от проникания поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время- от промерзания.

Подготовленную колонну штанг с крыльчаткой соответствующего типа общей длиной на0,8-1,2 м больше глубины отметки испытания грунта на срез надлежит опустить в скважину(при испытании грунта на срез в скважине) и плавно вертикально вдавить в грунт с заглублением крыльчатки до отметки испытания. При испытаниях с земной поверхности(в массиве) крыльчатку вдавливают в грунт, применяя в случае необходимости рычаги, домкраты или специальные устройства и постепенно наращивая колонну штанг.

Верх колонны штанг следует соединить с головкой устройства для создания крутящего момента, измерительные приборы защитить от атмосферных осадков.

Проведение испытаний

Крыльчатку надлежит вращать с угловой скоростью 0,2-0,3 градуса в секунду(0,2 - 0,3 рад/мин). При этом следует зафиксировать отсчет максимального показания измерительного устройства N_макс для определения максимального крутящего момента М_макс.

Далее для получения установившегося крутящего момента М_уст необходимо продолжить вращение крыльчатки с угловой скоростью 2-3 градуса в секунду(2-3 рад/мин) до полной стабилизации значений крутящего момента в процессе2-3 полных оборотов и зафиксировать установившееся показание измерительного устройства N_уст .

При испытаниях грунтов в скважинах допускается трение штанг крыльчатки о грунт не учитывать и крутящий момент за счет трения штанг M₀ принимать равным нулю.

При испытаниях грунтов в массиве для получения крутящего момента за счет трения штанг следует с помощью отключающего устройства отключить крыльчатку от колонны штанг и определить величину N₀

Испытания в массиве(во избежание больших погрешностей) допускается производить до глубины

При

испытания необходимо производить в скважинах.

Результаты испытаний следует заносить в"Журнал полевых испытаний грунтов методом вращательного среза".

После окончания испытаний грунтов на срез опытную скважину необходимо тампонировать грунтом и закреплять знаком с соответствующей маркировкой.

Обработка результатов

Обработку результатов испытаний следует выполнять по данным, внесенным в журнал.

Максимальный крутящий момент M_max , установившийся крутящий момент М_уст и крутящий момент за счет трения штанг М₀ в кН· см(кгс· см) надлежит вычислять на основании исходных данных по формулам:

Максимальное сопротивление грунта срезу ф_max и установившееся сопротивление грунта срезу ф_уст в МПа(кгс/см2) вычисляют по формулам:

Рекомендуемая литература

1. Болдырев Г.Г. Полевые методы испытаний грунтов (в вопросах и ответах). - Саратов: Издательский центр «РАТА» 2013. - 356 с.

2. Болдырев Г.Г., Мельников А.В., Меркульев Е.В., Новичков А.Г. Сравнение методов полевых и лабораторных методов испытаний грунтов. Инженерные изыскания, №14, 2013, с.

3. ГОСТ 20276-2012. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: МНТКС, 2013. - 50 с.

4. ГОСТ 30672-2012. Грунты. Полевые испытания. Общие положения. - М.:МНТКС, 2013. - 10 с.

5. Рекомендации по определению характеристик реологических свойств скальных и полускальных грунтов методом кольцевого нагружения. ВНИИГ, Ленинград, 1990. - 112 с.

6. ГОСТ 21719 - 80 Методы полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве

Размещено на Allbest.ru